Инфразвук, особенности его распределения. Биофизические основы действия инфразвука на биологические объекты. Вибрация, их физические характеристики

Ультразвук. Источники и приемники ультразвука. Особенности распространения УЗ волн. Действие УЗ на вещество. Биофизические основы действия УЗ на клетки и ткани организма. Применение УЗ в диагностике и для лечения.

Ультразвук (УЗ) называют механические колебания и волны, частоты которых более 20кГц, и длиной волны меньшей чем у звуковой волны. Верхний предел УЗ-частот определяется межмолекулярным расстоянием и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяется УЗ-волна (10⁹-10¹⁰ Гц). Для получения УЗ используют обратный пьезоэлектрический эффект, магнитострикцию и электрострикцию.

Обратный пьезоэлектрический эффект состоит в том, что пластинка, вырезанная определенным образом из кристалла кварца(или другого анизотропного кристалла), под действием электрического поля сжимается или удлиняется в зависимости от направления поля. Если поместить такую пластину между обкладками плоского конденсатора, на которые подается переменное напряжение, то пластинка придет в вынужденные колебания. Эти колебания приобретают наибольшую амплитуду, когда частота изменений электрического напряжения совпадает с частотой собственных колебаний пластинки. Колебания пластинки передаются частицам окружающей среды. Что и порождает УЗ-влону.

Явление магнитострикции состоит в том, что ферромагнитные стержни (сталь, железо, никель и их сплавы) изменяют свои линейные размеры под действием магнитного поля, направленного по оси стержня. Поместив стержень в переменное магнитное поле (внутрь катушки, по которой течёт переменный ток), в стержне будут происходить вынужденные колебания. Амплитуда которых будет особенно велика при резонансе. Колеблющийся торец стержня создает в окружающей среде УЗ-волны. Интенсивность которых находиться в прямой зависимости от амплитуды колебаний торца.

Некоторые материалы (керамика, титанат бария, титанат цирконат свинца) способны изменять свои размеры в электрическом поле. Это явление, электрострикции, внешне отличается от обратного пьезоэлектрического эффекта тем, что изменение размеров зависит только от напряженности приложенного поля, но не зависит от его знака.

УЗ регистрируют приемным преобразователем, действие которого основано либо на пьезоэлектрическом эффекте, либо на явлении, обратном электрострикции. При сжатие кварцевой пластинки(или пластинки из керамики0 на её параллельных плоскостях создается разность потенциалов, которая зависит от сжимающего давления. Действие кварцевого и электрострикционного керамического приемного преобразователя: УЗ-волны оказывают переменное давление на поверхность пластинки. Что приводит к появлению на её поверхности переменной разности потенциалов. Которая и фиксируется электрической частью приемного устройства.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами.

1. УЗ является механической (упругой) волной.

2. В большинстве случаев можно не учитывать дифракцию.

3. Отражение УЗ на границе 2-х сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений.

– интенсивность отраженной УЗ-волны; – интенсивность падающей УЗ-волны

Медико-биологические приложения УЗ

Методы диагностики и исследования

Методы воздействия

· Локационные методы – с использованием импульсного излучения. 1. Энцефалография – определение опухолей и отёков головного мозга. 2. Ультразвуковая кардиография- измерение размеров сердца в динамике. 3. В офтальмологии для определения размеров глазных сред. · Эффект Доплера – с помощью этого метода изучают характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока.

· Ультразвуковая физиотерапия, первичным механизмом УЗ-терапии является механическое и тепловое действие на ткань. · «УЗ-скальпель» при операциях способный рассекать мягкие и костные ткани. · С помощью УЗ дробят тела, для создания дисперсных систем (эмульсий и аэрозолей) изготовление лекарств. · УЗ остеосинтез - метод «сваривания» повреждённых или трансплантируемых костных тканей. · Стерилизация – УЗ оказывает губительное действие на микроорганизмы.

Физические процессы, обусловленные воздействием УЗ, вызывают в биологических объектах следущее:

1. Микровибрации на клеточном и субклеточном уровне

2. Перестройку и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран

3. Тепловое действие

4. Разрушение клеток и микроорганизмов

Сжатия и разрежения, создаваемые УЗ, приводят к образованию разрывов сплошности жидкости – кавитации. Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этои в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества. Ионизация и диссоциация молекул.

Инфразвук ом называют механические (упругие) волны с частотами, меньше тех, которые воспринимает ухо человека (20 Гц). Источниками инфразвука могут быть как естественные объекты (море, землетрясение, грозовые разряды), так и искусственные (взрывы, автомашины, станки). Инфразвук, часто сопровождается слышимым шумом, например в автомашине, поэтому возникают трудности при измерении и исследовании инфразвуковых колебаний. Для инфразвука характерно:

· Слабое поглощение разными средами, поэтому он распространяется на значительное расстояние

· Инфразвуковые волны лучше дифрагируют и проникают в помещения, обходя преграды, т.к длина волны инфразвука больше. Чем у слышимых звуков.

· Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние организма: усталость, головная боль, сонливость, раздражение.

Первичный механизм действия инфразвука на организм имеет резонансную природу. Резонанс наступает при близких значениях частоты вынуждающей силы и частоты собственных колебаний. Частота собственных колебаний тела человека, в положении лежа (3-4 Гц), стоя (5-12 Гц), частота собственных колебаний грудной клетки (5-8 Гц), брюшной полости (3-4 Гц) соответствуют частоте инфразвуков. Снижение уровня интенсивности инфразвуков в жилых, производственных и транспортных помещениях - одна из задач гигиены.

Вибрации механические колебания в технике, различных конструкций и машин. Они оказывают воздействие и на человека, который соприкасается с вибрирующими объектами. Это воздействие может быть как вредным и приводящим к вибрационной болезни. Так и полезным, лечебным (вибротерапия, вибромассаж). Основные физические характеристики вибраций, совпадают с характеристиками механических колебаний тел:

· Частота колебаний или гармонический спектр ангармонического колебания;

· Амплитуда, амплитуда скорости и амплитуда ускорения;

· Энергия и средняя мощность колебаний

Вибрации являются источником слышимых звуков, ультразвуков и инфразвуков.

Дата добавления: 2014-01-04